资讯详情

永磁同步电机36问(一)——隐极电机与凸极电机有什么区别?

其实这个问题之前的博客也有解释,我们再梳理一遍。

对这个问题的理解可以分为多个方面和维度。

隐极电机和凸极电机最直接的区别在于,了解到这个层次,就可以做仿真了,对应仿真中PMSM应区分模块的设置。

对于凸极电机,扭矩表达式如下:

对于隐极电机,转矩表达式如下:

凸极电机的转矩包括两个重量,Te1 = 3/2*Np*phif*iq 与 Te2 = 3/2*Np*(Ld-Lq)*id*iq

前面的Te称为电磁转矩,Te2称为磁阻转矩。隐极电机只是 Te = 3/2*Np*phif*iq 无磁阻转矩分量。

因此,在逆变器的输出能力下,即在一定容量的情况下,凸极电机可以输出更大的扭矩。磁阻扭矩的存在可以大大提高电机的输出扭矩能力,甚至有些电机为了重量,增加电机的凸极率,扩大磁阻扭矩的大小,更过分只保留磁阻扭矩,放弃励磁扭矩,最终成为著名的开关磁阻电机。

在电机中,永磁同步电机的结构包括:永磁体、转子铁芯、转轴和轴承,d轴与电机转子磁极所在轴重合;q轴线超前d轴90°,即位于相邻两个磁极几何中线。如下图所示:

在进行区分之前,我们需要明白一个概念,气隙磁场,这个具体的解释在网址为什么是气隙?_百度知道 (baidu.com),我认为可以理解为空气所需的磁路是磁路的一部分,但是(如有更好的解释,请发给我)。

在表贴式永磁同步电机中,永磁体贴在转子芯外,就像一层永磁材料均匀分布在芯外一样。由于永磁体的磁导率与气隙的磁导率基本相同,dq轴等效磁路完全相等,可以理解为实际上等于转子圆的半径。

在内置永磁同步电机中,永磁体埋在铁芯内,其外表面与间隙之间有铁磁材料的极靴保护(极靴的含义:为什么极靴叫极靴? - 知乎 (zhihu.com)),如下图所示,

制造这种不对称需要特殊的加工工艺,这不仅导致凸极电机比隐极电机贵得多,而且在应用中也有明显的区别。

对于凸极电机,转矩表达式如下:

对于隐极电机,转矩表达式如下:

控制最大转矩电流比控制MTPA例如,凸极电机和隐极电机的扭矩电流如下:

最大输出凸极电机转矩时id表达式为:

隐极电机转矩最大输出时id表达式为:

可以看出,当凸极电机和隐极电机实现最大转矩电流比控制时,过程是不同的。MTPA与id=我们先挖个坑,再填0控制的区别。

以滑模观测器为例,永磁同步电机:

将坐标改为两相静止坐标系后,如下图所示:

凸极电机就是上图中的模型,而隐极电机Ld = Lq,两相直接为0。表达式如下

两者的扩展反电动势表达式也存在差异,凸极电机的扩展反电动势为:

隐极电机的扩展反电动势为:

凸极电机的扩展反电动势包含电机的电感、电流和速度因素,很难解决电机的电角theta,因此,对转子位置转子速度的观察更为复杂。但让我们看看凸极电机扩展反电势,直接对抗Ealpha和Ebeta不管怎样,最关键的转子角度出来了。

此外,值得一提的是,凸极电机在观测器中也有一个很好的位置。凸极效应可以为高频信号注入法提取转子位置和速度提供自然条件,而隐极电机则不具备此条件。因此,在当前新能源电动汽车的应用过程中,隐极电机一直难以克服低速无感策略,但各种高频注入方法都很容易使用。

1.根据参数判断永磁同步电机是否为凸极电机 Ld 与 Lq 隐极电机相等,凸极电机不相等。

2.从结构上判断永磁同步电机是否为凸极电机dq判断轴磁路是否对称,dq轴等效磁路相等磁路对称的为隐极电机,dq轴等效磁路不等磁路不对称为凸极电机。

3.永磁体在铁芯中的位置是所有命名的来源。根据转子铁芯中永磁体的位置,可分为表面式和内置式,表面式分为表面式和插入式。插入式和内置式都会导致磁路不对称,所以实际上只有表贴式永磁同步电机是隐极性电机。(这个判断其实是绝对的,但是我目前看到的都是这样的,所以如果你有更准确的评论,留下你的意见。)

4.在我的理解中,凸极电机和隐极电机在上述五个维度上存在差异,在控制和应用上值得探讨。

标签: 36电感式表贴电感0650

锐单商城拥有海量元器件数据手册IC替代型号,打造 电子元器件IC百科大全!

锐单商城 - 一站式电子元器件采购平台